通過(guò)硝酸研究活性炭特性的變化
根據(jù)活性炭的前體，它可能具有不同類型和密度的一定量的官能團(tuán)。從煤，石油，焦炭，木材，水果石，椰殼等制備的活性炭主要含氧官能團(tuán)。使用諸如富氮聚合物的活性炭前體，所生產(chǎn)的活性炭具有相當(dāng)大量的氮表面基團(tuán)。
作為在活性炭表面上產(chǎn)生氧官能團(tuán)的常規(guī)方法的氧化可被認(rèn)為是活性炭表面改性的重要方法。原因在于，不僅可以將氧化用作一些應(yīng)用的最終官能化，而且還可以將其用作進(jìn)一步官能化的初步表面處理。作為前一種情況的例子，酸性基團(tuán)有利于苯胺的催化濕空氣氧化，并改善金屬離子和金屬物質(zhì)從溶液中的吸附。另一方面，在錨定不同的有機(jī)分子如二胺的情況下和氨基硅烷，氧化被認(rèn)為是作為一個(gè)初步改性。氧化通常分為干和濕過(guò)程。在干燥的氧化，氧化性氣體如水蒸氣、氧氣、二氧化碳、臭氧在高溫(> 700°C)使用，而濕式氧化的液體氧化劑在溫和(20-100℃)的溫度下進(jìn)行測(cè)試。有各種各樣的液體氧化劑，但報(bào)告中最常見的是硝酸、硫酸、過(guò)氧化氫和過(guò)硫酸銨。
氧化劑的類型，其濃度和氧化時(shí)間和溫度指定氧化的嚴(yán)重性，并確定對(duì)活性炭紋理和化學(xué)性質(zhì)的影響。值得注意的是，炭材料的制備和活化的起源和歷史影響活性炭的變化程度。因此，報(bào)告氧化影響的差異結(jié)果是合理的。例如，一些研究人員報(bào)道，濕氧化減少了活性炭的表面積，而另一些報(bào)告顯示不變或增加的表面積。據(jù)報(bào)道，如果活性炭在低溫啟動(dòng)時(shí)，它可以通過(guò)氧化結(jié)構(gòu)得到更多的嚴(yán)重變化，相比于活性炭活化的高溫，因?yàn)榍罢呤窃谘趸瘯r(shí)受到破壞。另一方面，上述參數(shù)，也影響所產(chǎn)生的氧團(tuán)的類型和密度。研究人員報(bào)道，硝酸處理可能是增加羧基和酚類基團(tuán)的好方法。作為廢棄椰殼為材料的活性炭是合適來(lái)源。了解椰殼活性炭對(duì)硝酸的作用是本研究的目的。
為了研究活性炭表面的化學(xué)、程序升溫脫附(TPD)是利用化學(xué)吸附2720(儀)。采用溫度程序解吸(TPD)。He和溫度梯度的流速分別為25 mL min -1和5°C min -1，監(jiān)測(cè)和記錄裝置的熱電導(dǎo)檢測(cè)器(TCD)信號(hào)以解釋AC表面化學(xué)。當(dāng)在惰性氣體氣氛下加熱活性炭時(shí)，氧官能團(tuán)從活性炭表面分解并解吸，作為CO 2和CO，大部分溫度高達(dá)100℃。分解溫度和解吸體積分別取決于氧組的類型及其在活性炭表面上的密度。羧基和內(nèi)酯分別在較低和較高溫度下分解為CO 2，而苯酚，羰基，醚和奎寧起源于CO，羧酸酐基團(tuán)同時(shí)釋放CO和CO 2或連續(xù)地。TPD分配溫度在某種程度上是不同的。
TPD光譜下面的曲線(以ABC表示)的面積可以用作氧化指數(shù)。較高的ABC指數(shù)表示氧化程度。該指標(biāo)如上圖所示，ABC的增加百分比和氧化程度也相應(yīng)地顯示：硝酸濃度，時(shí)間或溫度的增加增加了ABC的量和隨后的氧組密度。從表2和表 5 的右列可以看出，硝酸氧化條件對(duì)活性炭的結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)性質(zhì)有相同的影響。這個(gè)事實(shí)表明，表面氧基團(tuán)的增加和表面積的減少可能是由于同樣的原因而發(fā)生的。
活性炭氧化硝酸在不同條件下的。雖然表面面積的增加和/或孔隙體積的硝酸氧化后已被報(bào)道用于交流的幾種類型，這項(xiàng)研究表明，用硝酸氧化后活性炭的比表面積和孔/微孔容積損失，即使在輕度氧化。硝酸還可以生成大量的氧官能團(tuán)，特別是酸性官能團(tuán)。得到的結(jié)果，然而，表明氧化程度對(duì)活性炭的結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)性質(zhì)的影響，遵循相同的趨勢(shì)。
本文作者：董帝豪
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